淺析各種類型的運(yùn)動傳感器

運(yùn)動傳感器，顧名思義，指檢測物體或人運(yùn)動的裝置，包括重力，線性加速度，旋轉(zhuǎn)矢量、振動頻率等。運(yùn)動傳感器可用于監(jiān)視設(shè)備移動，如傾斜，搖晃，旋轉(zhuǎn)或擺動。

其中，旋轉(zhuǎn)矢量傳感器和重力傳感器是用于運(yùn)動檢測和監(jiān)測的最常用的傳感器。旋轉(zhuǎn)矢量傳感器特別靈活，可用于各種運(yùn)動相關(guān)任務(wù)，如檢測手勢，監(jiān)視角度變化以及監(jiān)視相對方位變化。

例如，如果您正在開發(fā)游戲，增強(qiáng)現(xiàn)實應(yīng)用程序，二維或三維羅盤或照相機(jī)穩(wěn)定應(yīng)用程序，則旋轉(zhuǎn)矢量傳感器是理想的。在大多數(shù)情況下，使用這些傳感器比使用加速度計和地磁場傳感器或方位傳感器更好。

運(yùn)動傳感器使用的技術(shù)各不相同，有的使用紅外輻射，有的使用聲波脈沖，有的基于振動的波動起伏。今天我們來了解下各種類型的運(yùn)動傳感器，包括加速度計，傾斜傳感器，振動傳感器，PIR（被動紅外）傳感器和旋轉(zhuǎn)傳感器。

1、被動紅外傳感器（PIR）

PIR（PassiveInfrared），被動式紅外探測器或身體感應(yīng)器。

在自然界中，一切物體都會輻射紅外線，因此利用探測器測定目標(biāo)本身和背景之間的紅外線差，可以得到不同的紅外圖像。而被動紅外傳感器就能檢測運(yùn)動的人或動物身上發(fā)出的紅外線，輸出開關(guān)信號，可以應(yīng)用于各種需要檢測運(yùn)動人體的場合。

PIR是一種熱釋電設(shè)備，其工作原理是，在加熱或冷卻時傳感器都可以產(chǎn)生電壓，即通過感應(yīng)周圍物體發(fā)出的輻射熱（即紅外線）的變化來檢測運(yùn)動。

被動式紅外探測器主要由光學(xué)系統(tǒng)、熱傳感器（或稱為紅外傳感器）及報警控制器等部分組成。其核心部件是紅外探測器件，通過光學(xué)系統(tǒng)的配合作用可以探測到某個立體防范空間內(nèi)的熱輻射的變化。紅外傳感器的探測波長范圍是8～14μm，人體輻射的紅外峰值波長約為10μm，正好在范圍以內(nèi)。

可見光譜和紅外光譜：紅外線不在我們眼睛的光檢測能力范圍內(nèi)

PIR傳感器通常包括視場和/或線性距離規(guī)格，并且大多數(shù)帶有塑料透鏡。通常用于入侵者警報系統(tǒng)。比如，可安裝在汽車安全燈內(nèi)部，當(dāng)有人靠近時，照明燈會照亮車道。

PIR傳感器

2、加速度計

加速度計，是測量運(yùn)載體線加速度的儀表。相對于遠(yuǎn)距感測的設(shè)備，它測量的是自身的運(yùn)動。可應(yīng)用于智能手機(jī)（和平板電腦）內(nèi)部，因此，鑒于智能手機(jī)的超大規(guī)模生產(chǎn)，如今加速度計價格低廉且易于使用。

加速計的應(yīng)用之一是測量重力，特別是使用于重量測定法的加速計上，這樣的設(shè)備稱為重力計。

和許多其它科學(xué)與工程系統(tǒng)一樣，加速計與陀螺儀一同使用于慣性導(dǎo)引系統(tǒng)中。比如，最常見應(yīng)用于現(xiàn)代汽車的安全氣囊系統(tǒng)上，以偵測碰撞發(fā)生時車輛突然的減速度。

許多加速度計設(shè)備都使用MEMS（微機(jī)電系統(tǒng)）作為感應(yīng)加速度的關(guān)鍵技術(shù)。加速計可能是最簡單的MEMS設(shè)備，有時只由一個懸臂和一個重錘組成，利用撓曲和電路來測量加速度。MEMS加速規(guī)可以測量幾千個G的幅度，單軸、二軸、三軸都可以。

ST MicroelectronicsMEMS3軸加速度計

3、傾斜傳感器

傾斜傳感器與加速度計有些相似，但設(shè)計復(fù)雜度要低得多。傾斜傳感器，也稱為運(yùn)動檢測器或傾斜開關(guān)，是一種檢測傾斜的傳感器，尤其是從地平線傾斜的傳感器。

傾斜感測設(shè)計類型有多種，但一種常見的類型稱為滾動球傳感器開關(guān)。滾動球傳感器開關(guān)通過滾動球工作，當(dāng)滾動球傾斜到臨界點(diǎn)時，該滾動球會與兩個或多個導(dǎo)電引腳形成接觸或斷開接觸。

滾球傳感器開關(guān)

作為一種檢測工具，現(xiàn)在，傾斜傳感器已成為橋梁架設(shè)、鐵路鋪設(shè)、土木工程、石油鉆井、航空航海、工業(yè)自動化、智能平臺、機(jī)械加工等領(lǐng)域不可缺少的重要測量工具。

4、振動傳感器

有許多不同的方法和傳感器用于測量和檢測振動。

一種這樣的傳感器是前述的加速度計。許多數(shù)字加速度計具有用戶可選的靈敏度設(shè)置，使設(shè)備可以檢測從非常大到非常小的加速度。

壓電傳感器是振動傳感技術(shù)的理想選擇。壓電傳感器使用壓電效應(yīng)通過將物理變化轉(zhuǎn)換為電變化來測量加速度，應(yīng)變或力的變化。除了檢測振動之外，這些相同類型的傳感器還用于檢測機(jī)械沖擊。

壓電振動傳感器

5、旋轉(zhuǎn)傳感器

也許最簡單的旋轉(zhuǎn)傳感器是使用電位計作為分壓器，其中電壓與旋轉(zhuǎn)角度成正比。

通常用于測量旋轉(zhuǎn)位置的正交編碼器每轉(zhuǎn)提供特定數(shù)量的等距脈沖。正交編碼器是一種增量編碼器。增量編碼器通過生成與電動機(jī)軸的旋轉(zhuǎn)成比例的二進(jìn)制脈沖流來提供相對位置反饋（并且還可以提供速度和方向）。正交編碼器具有兩個通道，兩個通道的相位彼此相差90電角度。

正交編碼器的二進(jìn)制脈沖

其他旋轉(zhuǎn)傳感器包括基于霍爾效應(yīng)的旋轉(zhuǎn)傳感器IC和旋轉(zhuǎn)位置傳感器。旋轉(zhuǎn)位置傳感器是具有取決于傳感器的角位置的輸出電壓的霍爾效應(yīng)裝置。它們是非接觸式的，并提供多個角度范圍和安裝配置，以適應(yīng)大多數(shù)的應(yīng)用需求。